先端光学部品 - エルビウム添加ファイバ増幅器（EDFA）
長距離ＤＷＤＭシステムなどの多くの光ファイバ用途は、光信号の増幅を必要とする。 これまでは、100 kmごとの中間地点で高価な電子リピーターを使用する必要がありました。 今日の現代の長距離DWDMシステムは、複数のリピーターを単一の光デバイスに置き換えるために、いくつかの高度な光コンポーネントを使用しています。 光増幅器と呼ばれるこれらの光デバイスは、かつては実験室での珍品でしかなかったが、今や現場での展開において広く使用されている。 最も一般的な光増幅器の１つは、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）である。
研究者たちはEDFAを開発して、多数の電子リピータをより少ない光リピータに置き換え、全体的なシステムコストと複雑さを軽減しました。 EDFAでは、さまざまな波長に追加の光源を追加し、 DWDMマルチプレクサを使用してそれらを単一のファイバに結合することによって、システムを簡単にアップグレードできます。
ＥＤＦＡに使用されるファイバは、１５５０ｎｍの光を増幅するためにその原子構造に適切なエネルギーレベルを有する希土類元素であるエルビウムでドープされている。 980 nmまたは1480 nmの「ポンプ」レーザがエルビウム添加ファイバにエネルギーを注入します。 1550 nmの弱い信号がファイバに入ると、光はエルビウム原子を刺激して、追加の1550 nmの光として蓄えられたエネルギーを放出します。 このプロセスは、信号がファイバを通過するにつれて継続し、エルビウムドープ領域に到達するまでますます強くなります。
以下の図は、中段アクセスを備えた2段式EDFAを示しています。これは、非常に高性能な光ファイバシステムの重要な要素です。 この場合、2つのシンプルなシングルステージEDFAが一緒に梱包されています。 ユーザは、第１段のＥＤＦＡの出力と第２段のＥＤＦＡの入力を受け取る。 これらのシステムは、全体の分散を減少させるために、しばしば分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のような追加の要素の定期的な使用を必要とする。 10 dB以上の高い挿入損失はDCFを問題にします。 2段のEDFAの中段のアクセスポイントにDCFを配置すると、システムへの悪影響が少なくなります。 DCFの高い光損失部分を追加しても、ユーザーは依然としてEDFAを通じて大きな利得を実現しています。
この図では、光入力は最初に光アイソレータ＃１を通過し、これは光が左から右へ通過することを可能にする。 次に、光はWDM＃1を通過します。 ＷＤＭ＃１は、９８０ｎｍのポンプ波長を第１の長さのエルビウムドープファイバに注入する手段を提供する。 ＷＤＭ＃１はまた、最小限の光損失で光入力信号をエルビウムドープファイバに結合することを可能にする。
980 nmのエネルギーはエルビウム原子をゆっくり減衰する励起状態に励起します。 1550 nm帯の光が、通常数十mの長さのエルビウム添加ファイバを通過すると、レーザのように誘導放出されます。 このようにして、1550 nmの光入力信号は強度を増します。 次に、エルビウム添加ファイバの出力は、光アイソレータ＃２を通過し、これはユーザに利用可能になる。 典型的には、中間段階アクセス点はある種の分散補償装置に接続する。 その後、光はアイソレータ＃3とWDM＃2を通過します。 ＷＤＭ＃２は、第２のポンプレーザからの１４８０ｎｍのエネルギーを第２の長さのエルビウムドープファイバの他端に結合し、利得および出力パワーを増大させる。 最後に、光はアイソレータ＃4を通ります。
光子が信号を増幅するので、EDFAはほとんどの活性成分を避けます。 EDFAは高出力電力を提供し、与えられたシステム設計においてより少ない増幅器を必要とします。 最も基本的なEDFA設計アンプは、かなり狭い帯域（12 nm）で光を当てます。 利得等化フィルタを追加すると、帯域を25 nm以上に拡大できます。 他のエキゾチックドープファイバは増幅帯域を４０ｎｍ以上に増大させる。 さらに、ＥＤＦＡにおけるデータ転送速度の独立性は、システムのアップグレードが起動および受信端末のみを変更することを要求することを意味する。
EDFAの信頼できる性能は、長距離、高データレートの光ファイバ通信システムおよびCATV配信システムに役立ちます。 CATVアプリケーションでは、EDFAは光スプリッタの前後で信号を増幅して、スプリット信号を増幅して複数のファイバで伝送します。 CATVアンプ製品の詳細はこちら。 一般に、光増幅器には４つの主要な用途が存在する：電力増幅器／ブースター、インライン増幅器、前置増幅器、または光ネットワーク用の損失補償。
